量化锆及其氢化物中的纳米尺度三维应力

《Nature Communications》：Quantifying nanoscale 3D stresses in zirconium and hydrides

　　

摘要

锆合金被广泛用于制造核反应堆的核心部件。尽管它们具有优良的机械性能，但易受到氢脆和氢化物形成的影响。在这项研究中，首次采用扫描三维同步辐射X射线衍射技术，在200纳米的空间分辨率下确定了氢化物及其周围锆基体中的三维内部应力。所测得的三维晶粒形态被导入晶体塑性有限元模型中，以模拟由氢化物析出引起的局部应力变化。实验结果和数值计算结果均表明，氢化物内部存在显著的压缩静水应力，其值超过1 GPa，并且各个应力分量存在明显的变化。应力和位错密度集中在氢化物与锆的界面处。力平衡分析表明，周围锆基体中的应力足以消除氢化物内的内部应力，进一步验证了测量结果的准确性。